光纤温度传感器的研究与发展

光纤温度传感器的研究与发展光纤温度传感器的研究与发展口胡玲 (武汉理工大学理学院湖北·武汉430070) 摘要：分析了光纤温度传感器的优点，综述了光纤温度传感器的分类，并分别介绍了几种常见光纤温度传感器的原理，各自特点，并在文中以及最后对研究现状及热点做了简单总结。关键词：光纤传感器温度研究现状发展中图分类号：TN29 文献标识码：A 文章编号：1007．3973(2010)05．090-01 l引言在科研和生产中，有很多温度测量问题。传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传...

光纤温度传感器的研究与发展口胡玲 (武汉理工大学理学院湖北·武汉430070) 摘要：分析了光纤温度传感器的优点，综述了光纤温度传感器的分类，并分别介绍了几种常见光纤温度传感器的原理，各自特点，并在文中以及最后对研究现状及热点做了简单总结。关键词：光纤传感器温度研究现状发展中图分类号：TN29 文献标识码：A 文章编号：1007．3973(2010)05．090-01 l引言在科研和生产中，有很多温度测量问题。传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。光纤温度传感器是20世界70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。 2光纤传感器分类光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制：按照传感方式可分为传感型和传光型。传感型光纤温度传感器是以光纤本身作为敏感元件，传光型光纤温度传感器只是利用光纤传输光，在光纤的一个断面上，配置上另外的温度敏感期间与光纤耦合起来，构成光纤传感器。传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大多是这种类型。 3几种光纤温度传感器 3．1熟辐射光纤高温传感器它的原理是黑体辐射定律，物质受热时会发出一定的热辐射，辐射量的大小取决于该物质的温度和材料的辐射系数。当温度为230℃时，理想黑体开始出现暗红色辐射，亮度随着温度的增加而增强。光纤热辐射高温传感器由高温探头，高低温光纤耦合器，信号检测和处理系统组成。当它被放于被测温度场中，黑体腔通过开口处向外辐射能量，辐射能量经过高低温光纤耦合器后，由低温低损耗光纤传输到信号检测系统和处理系统。光纤高温传感器的关键之一，是研制性能稳定的传感器探头。探头的质量取决于镀膜技术，光学冷加工以及探头材料的性能。实验表明，采用单晶蓝宝石棒和纯石英棒，用镀膜技术制作成黑体辐射腔的高温探头是可行的。 3．2半导体吸收式温度传感器这种传感器的基本原理是利用有些半导体物质(如GaAs) 具有极陡的吸收光谱，波长与吸收端长的光可透过半导体，短的则被吸收。当温度升高时，本征吸收波长变大，透射率曲线向长波长方向移动，但形状不变；反之，当温度降低时，本征吸收波长变小，透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动。当光源的光谱辐射强度不变时，GaAs总透射率就随其温度发生变化，温度越高，总透射率越低。通过测量透过GaAs的光的强弱即可达到测温的目的。通过研磨抛光将GaAs加工成很薄的薄片，其入射光和出射光用光纤耦合，这就是半导体吸收式光纤温度传感器的基本原理。这种传感器的测量距离远，而且探头的体积小。灵敏度高，工作可靠。测量范围在卜300℃内保证较高的测量精度。 3．3光纤荧光温度传感器当物体受到光或放射线照射时，其原子便处于受激状态。当原子回复至初始状态时随机发出荧光，且荧光的强度和辐射光的能量成正比，根据荧光的强度可以检测温度。而激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素，这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间(ns)。我们发现，在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。因此也通过测量荧光余晖寿命的长短，来检测当时的环境温度。强度性荧光光纤传感器会受光纤的微弯，耦合，散射等影响，很难达到高精度，而寿命型荧光传感器则可避免这些缺点，荧光寿命的测量是测温的关键。目前的研究主要围绕着应光源的选择，如蓝宝石和红宝石发光，稀土发光以及半导体发光。 3．4光纤光栅温度传感器近年来光纤光栅成为发展最为迅速。最具代表性的光纤无源器件之一。 FBG光栅传感器的传感原理是：如果用一宽光谱光源注入光纤，则每个FBG光栅都反射回一个中心波长为布拉格波长的窄带光波，其布拉格波长为九B=2neffA 其中^是光栅周期，neff是纤芯的有效折射率。温度的改变，将导致FBG波长的改变，这个改变可以从光栅的反射光谱中检测出来，由此可以测定温度。与一般的光线温度传感器相比，光纤光栅传感器尺寸小，检测量是波长信息，因此不受光源欺负，光纤弯曲损耗，连接损耗和探测器老化等因素的影响，对环境干扰不敏感，且波长编码，能方便使用波分复用技术。尽管光纤光栅温度传感器有很多优点，但在应用中还有许多待解决的问题，如宽光谱、高功率光源的获得：光检测器波长分辨率的提高；光纤光栅的封装：光纤光栅的可靠性；光纤光栅的寿命等。 4结束语所有与温度相关的光学现象或者特性，从原理上都可以用于温度测量，因此，光纤温度传感器采用的原理，结构，样式很多，对光纤温度传感器的研究占到奖金所有光纤传感器研究的 200,6。除了文中所介绍的几种传感器外，分布式光纤温度传感器，光纤高温传感器，包括温度在内的多功能光纤温度传感器，偏振调制的光纤温度传感器都是几个热门的研究方向．参考文献：【l】周广丽，鄂书林，邓文渊．光纤温度传感器的研究和应用【J】．光通信技术，2007(6)．【2】孙圣和，王廷云，徐影．光纤测量与传感技术【M】．哈尔滨工业大学出版社，2002．8．【3】张再宣．分布武光纤温度传感报警系统【J】．计量技术， 2000．2：24-26．【4】光纤荧光温度传感器理论和实验研究【D】．燕山大学， 2003．12． ——斟协论丘-2010年第5期(下)—— 万方数据光纤温度传感器的研究与发展作者：胡玲作者单位：武汉理工大学理学院,湖北·武汉,430070 刊名：科协论坛（下半月）英文刊名： SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM 年，卷(期)： 2010(5) 参考文献(4条) 1.周广丽.鄂书林.邓文渊光纤温度传感器的研究和应用 2007(6) 2.孙圣和.王廷云.徐影光纤测量与传感技术 2002 3.张再宣分布武光纤温度传感报警系统 2000 4.光纤荧光温度传感器理论和实验研究 2003 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kxlt-x201005058.aspx

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